JP2001524300A

JP2001524300A - Battery protection system

Info

Publication number: JP2001524300A
Application number: JP54281498A
Authority: JP
Inventors: アルバークラック・ジェイド; エルストックスタッド・トロイ
Original assignee: セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリイズ・エルエルシー
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 2001-11-27
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: KR20010006107A; US5804944A; WO1998045924A2; US5920181A; CN1251694A; TW367629B; DE69839115T2; CN1107367C; WO1998045924A3; EP0972327A2; HK1023857A1; DE69839115D1; EP0972327B1; JP3937358B2

Abstract

(57)【要約】バッテリ保護システム（２０）はバッテリパック（１５）を充電するためのプロセスを制御する。ヒステリシス比較器（５４）はバッテリパック（１５）を通って流れる充電電流を検知しかつ前記充電電流がある上限に到達した時前記充電電流を中断するため充電スイッチ（３１）をオフに切り換える。インダクタ（３４）によって次に過渡電流が発生される。ヒステリシス比較器（５４）がバッテリパック（１５）を通って流れる過渡電流を検知しかつ前記過渡電流が実質的にゼロに低下した時前記充電電流を再発生するために前記充電スイッチ（３１）をオンに切り換える。周期的に、バッテリ監視回路（４０）が前記充電スイッチ（３１）をオフに切り換えかつバッテリパック（１５）における各々のバッテリセルにかかるオープン回路電圧を測定する。あるバッテリセルのオープン回路電圧が完全に充電された電圧に到達したことに応じて、バッテリ監視回路（４０）は充電スイッチ（３１）をオフに切り換えて充電プロセスを終了する。 (57) Summary The battery protection system (20) controls the process for charging the battery pack (15). A hysteresis comparator (54) detects the charging current flowing through the battery pack (15) and switches off the charging switch (31) to interrupt the charging current when the charging current reaches a certain upper limit. A transient current is then generated by the inductor (34). A hysteresis comparator (54) detects the transient current flowing through the battery pack (15) and activates the charging switch (31) to regenerate the charging current when the transient current drops to substantially zero. Switch on. Periodically, a battery monitoring circuit (40) switches off the charge switch (31) and measures the open circuit voltage across each battery cell in the battery pack (15). In response to the open circuit voltage of a battery cell reaching a fully charged voltage, the battery monitoring circuit (40) switches off the charge switch (31) to end the charging process.

Description

【発明の詳細な説明】バッテリ保護システム発明の背景本発明は、一般的には、バッテリシステムに関し、かつより特定的には再充電可能なバッテリを監視しかつ保護することに関する。リチウムイオンバッテリはニッケル・カドミウム（ｎｉｃｋｅｌ−ｃａｄｍｉｕｍ）バッテリおよびニッケル水素（ｎｉｃｋｅｌｍｅｔａｌ−ｈｙｄｒｉｄｅ）バッテリのような他の形式の再充電可能なバッテリよりも携帯用電子装置のための用途において好ましく、それはそれらの軽い重量および高いエネルギ密度のためである。しかしながら、リチウムイオンバッテリは過充電に対して非常に敏感であり、かつそれらを使用する上で安全性が主な関心事である。例えば、リチウムイオンバッテリに伴う安全性の関心事はそれが過充電された時に金属リチウムがバッテリセル内の電極の１つに付着する（ｐｌａｔｅ）可能性があることである。付着したリチウムは金属リチウムの可燃性のために火災の危険を引き起す。他の安全性についての関心事はバッテリセルの温度が高くなりすぎた場合に有害なガスを放出することである。さらに、過放電の状態において、リチウムイオンバッテリのセルにわたる電圧が下限電圧限界（ｕｎｄｅｒ−ｖｏｌｔａｇｅｌｉｍｉｔ）より低く低下し、バッテリセルの電解質の化学組成の変化を生じる結果となる。そのため、バッテリセルの寿命が大幅に短縮される可能性がある。したがって、リチウムイオンバッテリを正確に監視しかつそれらが安全動作領域内で動作することを保証するバッテリ保護システムを持つことが重要である。伝統的には、リチウムイオンバッテリを充電することは専用のリチウムバッテリ充電器を必要とする。充電されているリチウムイオンバッテリの電圧が該バッテリの完全に充電された電圧（ｆｕｌｌｙｃｈａｒｇｅｄｖｏｌｔａｇｅ）より大幅に低い場合は、前記専用のリチウムバッテリ充電器は定電流モードで動作しかつバッテリを一定の充電電流で充電する。バッテリ電圧が該バッテリの完全に充電された電圧に近い場合は、前記専用のリチウムバッテリ充電器は定電圧モードに切り替える。定電圧モードの下では、バッテリに流れる充電電流はバッテリ電圧が完全に充電された電圧に接近するに応じて指数関数的に減少し、それによってバッテリが過充電されることを防止する。前記専用のリチウムバッテリ充電器は前記専用のリチウムバッテリ充電器がいつ定電流モードから定電圧モードへと切り替えるか、定電圧モードの間にバッテリにどれだけ多くの充電電流が流れているか、そしてバッテリが完全に充電されたことを判定する充電制御回路を含んでいる。バッテリをその最大容量まで充電しかつ効果的に過充電を防止するため、前記充電制御回路は非常に正確になるよう設計される。典型的には、前記充電制御回路の電圧変動は１パーセント（％）より小さくされる。高度に正確な充電制御回路は前記専用のリチウムバッテリ充電器のコストを大幅に増大しかつ、従って、リチウムイオンバッテリを使用するコストを増大させる。さらに、定電圧モードにおいてはバッテリに流れ込む充電電流はバッテリ電圧が完全に充電された電圧に接近するに応じて指数関数的に低下するから、充電プロセスは時間効率が悪い。例えば、リチウムバッテリは通常１〜２時間に及ぶ時間インターバルで定電流モードの動作の間にその容量の８０％まで充電される。次に、前記専用のリチウムバッテリ充電器は定電圧モードへと切り替わりかつリチウムバッテリをその最大容量まで充電するのに少なくともさらに３時間を必要とする。したがって、バッテリを充電するためのバッテリ保護システムおよびプロセスを持つことが有利であろう。該システムおよび該充電プロセスはコスト効率が良いことが望ましい。また、前記充電プロセスは便利でありかつ時間効率が良いことが望ましい。図面の簡単な説明図１は、本発明に係わるバッテリシステムのブロック図であり、そして図２は、本発明に係わるバッテリを充電するためのプロセスを示すフローチャートである。図面の詳細な説明一般に、本発明はバッテリ保護システムおよびバッテリを充電するためのプロセスまたは方法を提供する。本発明によれば、前記バッテリ保護システムはバッテリ充電プロセスを制御すると共にバッテリを保護するための正確な制御回路を含む。したがって、本発明は専用のバッテリ充電器の必要性を除去しかつ、従って、バッテリを使用するコストを低減する。さらに、本発明の充電プロセスは従来技術の定電流／定電圧充電プロセスと比較して時間効率が良い。図１は、本発明に係わるバッテリシステム１０のブロック図である。バッテリシステム１０は４個の直列接続された再充電可能なリチウムイオンバッテリセル１２，１４，１６および１８からなるバッテリパック１５を含む。したがって、バッテリシステム１０はまた再充電可能なバッテリシステムと称され、かつバッテリパック１５はまた再充電可能なバッテリパックと称される。バッテリシステム１０はまたバッテリパック１５を監視しかつ適切な動作を行ないバッテリパック１５がその安全動作領域内で動作することを保証するバッテリ保護システム２０を含む。バッテリ保護システム２０は正電圧端子２２および負電圧端子２４を有し、これらはそれぞれバッテリシステム１０の正および負電圧端子として作用する。バッテリ保護システム２０はまた正バッテリ電極２６および負バッテリ電極２８を有し、これらはそれぞれバッテリパック１５の前記正電圧および負電圧端子に接続される。好ましくは、バッテリシステム１０は一体型のバッテリパッケージであり、かつバッテリパック１５およびバッテリ保護システム２０は一体化されたバッテリパッケージ内に組み立てられる。バッテリ保護システム２０はｐチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＦＥＴｓ）３１および３２、インダクタ３４、電流検知用抵抗３６、ツェナーダイオード３７とショットキダイオード３９からなる整流器３８を含む。ツェナーダイオード３７のアノードおよびショットキダイオード３９のアノードは一緒に接続されて整流器３８のアノード電極を形成する。ツェナーダイオード３７のカソードおよびショットキダイオード３９のカソードは一緒に接続されて整流器３８のカソード電極を形成する。ＦＥＴ３１はバッテリ保護システム２０の正電圧端子２２に接続されたソース電極、およびＦＥＴ３２のドレイン電極に接続されたドレイン電極を有する。インダクタ３４はＦＥＴ３２のソース電極にかつ整流器３８のカソード電極に接続された第１の電極、およびバッテリ保護システム２０の正電圧バッテリ電極２６に接続された第２の電極を有する。電流検知用抵抗３６はバッテリ保護システム２０の負電圧バッテリ電極２８に接続された第１の電極、および整流器３８のアノード電極にかつバッテリ保護システム２０の負電圧端子２４に接続された第２の電極を有する。バッテリ保護システム２０はまた電圧検知用入力４１，４２，４３，４４および４５、電流検知用入力４６および４７、そして出力および４８および４９を有するバッテリ監視回路４０を含む。電圧検知用入力４１はバッテリセル１２の正電極に接続されている。電圧検知用入力４２はバッテリセル１２の負電極にかつバッテリセル１４の正電極に接続されている。電圧検知用入力４３はバッテリセル１４の負電極にかつバッテリセル１６の正電極に接続されている。電圧検知用入力４４はバッテリセル１６の負電極にかつバッテリセル１８の正電極に接続されている。電圧検知用入力４５はバッテリセル１８の負電極に接続されている。電流検知用入力４６および４７はそれぞれ電流検知用抵抗３６の第１および第２の電極に接続されている。出力４９はＦＥＴ３２のゲート電極に接続されている。バッテリ保護システム２０はさらに比較器５２、ヒステリシス比較器５４、およびＦＥＴドライバ５６を含む。比較器５２はそれぞれ電流検知用抵抗３６の第１および第２の電極に接続された非反転入力および反転入力を有する。ヒステリシス比較器５４はそれぞれ電流検知用抵抗３６の前記第１および第２の電極に接続された非反転入力および反転入力を有する。比較器５２の出力はヒステリシス比較器５４のイネーブル端子に接続されている。ヒステリシス比較器５４の出力はＦＥＴドライバ５６の第１の入力に接続されている。ＦＥＴドライバ５６の第２の入力はバッテリ監視回路４０の出力４８に接続されている。ＦＥＴドライバ５６の出力はＦＥＴ３１のゲート電極に接続されている。図１は４個のバッテリセルを有するバッテリパック１５を示しているが、これは本発明を限定するものでないことが理解されるべきである。本発明によれば、バッテリパック１５は、１個、２個、３個、５個、６個、その他のような、任意の数のバッテリセルを含むことができる。好ましくは、バッテリ監視回路４０の電圧検知入力の数はバッテリパック１５の各々のバッテリセルの電圧が測定できるものとされる。また、バッテリセル１２，１４，１６および１８はリチウムイオンバッテリセルであることに限定されないことも理解されるべきである。それらは、例えば、ニッケル・カドミウムバッテリセル、ニッケル水素バッテリセル、その他のような他の形式のバッテリセルで置き換えることができる。バッテリ保護システム２０においては、ＦＥＴ３１および３２はそれぞれ過充電および過放電状態が生じた場合にバッテリパック１５を通って流れる、それぞれ、充電および放電電流を中断または停止するためのスイッチとして作用する。それらのボディダイオード（ｂｏｄｙｄｉｏｄｅｓ）のため、ＦＥＴ３１はオフにスイッチングされた時にのみ充電電流を中断しかつＦＥＴ３２はオフにスイッチングされた場合にのみ放電電流を中断する。充電電流はバッテリパック１５を通ってその正電圧端子からその負電圧端子へと流れる電流である。放電電流はバッテリパック１５を通ってその負電圧端子からその正電圧端子へと流れる電流である。ＦＥＴ３１および３２は絶縁ゲート型ＦＥＴであることに限定されないことが理解されるべきである。制御電極および２つの電流導通電極を有する任意のスイッチングデバイスをＦＥＴ３１またはＦＥＴ３２と置き換えることができる。当業者が理解するように、ＦＥＴがスイッチとして作用する場合、該ＦＥＴのゲート電極は該スイッチの制御電極として機能し、かつ該ＦＥＴのソースおよびドレイン電極は該スイッチの電流導通電極として機能する。また、バッテリ保護システム２０はバッテリパック１５を保護するために、ＦＥＴ３１および３２のような、ハイ側スイッチまたは高電圧側スイッチ（ｈｉｇｈｓｉｄｅｓｗｉｔｃｈｅｓ）を使用することに限定されないことも理解されるべきである。別の実施形態では、バッテリ保護システム２０はそれぞれ過充電および過放電状態が発生した場合にバッテリパック１５を通って流れる、それぞれ、充電および放電電流を中断するために電流検知用抵抗３６と負電圧端子２４との間に結合された（図示しない）２つのロー側スイッチまたは低電圧側スイッチ（ｌｏｗｓｉｄｅｓｗｉｔｃｈｅｓ）を含む。他の実施形態では、バッテリ保護システム２０はそれぞれ過充電および過放電状態が生じた場合にバッテリパック１５を通って流れる充電電流を阻止するための、ＦＥＴ３１のような、高電圧側スイッチおよび放電電流を阻止するための電流検知用抵抗３６と負電圧端子２４との間に結合された（図示しない）低電圧側スイッチを含むことができる。さらに別の実施形態では、バッテリ保護システム２０はそれぞれ過放電および過充電状態が生じた場合にバッテリパック１５を通って流れる放電電流を阻止するための、ＦＥＴ３２のような、高電圧側スイッチおよび充電電流を阻止するための電流検知用抵抗３６と負電圧端子２４との間に結合された（図示しない）低電圧側スイッチを含むことができる。好ましくは、ＦＥＴ３１またはＦＥＴ３２のような、高電圧側スイッチはｐチャネル絶縁ゲートＦＥＴを含み、かつ低電圧側スイッチはｎチャネル絶縁ゲートＦＥＴを含む。電流検知用抵抗３６は電流がそこを通って流れる場合にその２つの電極の間に電圧を生じる。それは他の形式の電流検知用エレメント、例えば、フィラメント、その他によって置き換えることができる。バッテリシステム１０が端子２２および２４の間に結合された（図示しない）負荷にエネルギを供給する場合に電力損失を最小にするため、電流検知用抵抗３６は好ましくは小さな抵抗、例えば、ほぼ１オーム（Ω）より小さい抵抗を有するものとされる。本発明の好ましい実施形態では、電流検知用抵抗３６の抵抗値はほぼ１０ミリオーム（ｍΩ）である。整流器３８においては、ツェナーダイオード３７はバッテリパック１５において流れる大きな放電電流が阻止された場合に大きな過渡電圧降下がＦＥＴ３１にわたって生じるのを防止し、かつショットキダイオード３９は順方向バイアスの場合に低抵抗の導通経路を提供しかつ、従って、整流器３８の電力消費を最小にする。好ましくは、ツェナーダイオード３７はバッテリパック１５の完全に充電された電圧より大きなブレークダウン電圧を有する。整流器３８は他の形式の整流装置および回路エレメントによって置き換えできることが理解されるべきである。例えば、整流器３８はバッテリパック１５の完全に充電された電圧より大きなブレークダウン電圧を有する単一のダイオードを含むことができる。比較器５２はバッテリパック１５を通って充電電流が流れている場合にのみヒステリシス比較器５４をターンオンしかつ充電制御回路をイネーブルする。バッテリパック１５を通って流れる放電電流が存在する場合あるいはバッテリパック１５がアイドルである場合、比較器５２はその出力に論理ローの電圧レベルを発生する。この論理ローの電圧レベルはヒステリシス比較器５４のイネーブル端子に送られかつヒステリシス比較器５４をターンオフし、それによって充電制御回路をディスエーブルしかつバッテリシステム１０の電流消費を最小にする。比較器５２は、好ましいが、本発明の任意選択的な特徴的事項であることが理解されるべきである。ヒステリシス比較器５４はバッテリパック１５に流れる充電電流がある上限を超えた時にＦＥＴドライバ５６によってＦＥＴ３１をオフに切り換える。ヒステリシス比較器５４は電流検知用抵抗３６における電圧降下を検知することによりバッテリパック１５に流れる充電電流を検知する。前に述べたように、電流検知用抵抗３６は小さな抵抗値を有することが好ましい。したがって、ヒステリシス比較器５４は該ヒステリシス比較器５４の入力における小さな入力信号、例えば、１０ミリボルト（ｍＶ）のオーダの電圧を有する入力信号に応答してＦＥＴドライバ５６を介してＦＥＴ３１をオフにスイッチングできることが好ましい。さらに、ヒステリシス比較器５４は温度補償回路（図示せず）を含むことができ、それによってバッテリシステム１０における温度変化に対して充電電流に対し安定な上限を提供することができる。ＦＥＴドライバ５６はバッテリ監視回路４０およびヒステリシス比較器５４からＦＥＴドライバ５６の２つの入力に伝送される信号に応じてＦＥＴ３１をオンおよびオフにスイッチングするバッファとして作用する。好ましくは、ＦＥＴドライバ５６は、例えば、ほぼ１００キロヘルツ（ｋＨｚ）またはそれ以上のような高周波でＦＥＴ３１をオンおよびオフにスイッチングできるものである。ＦＥＴドライバ５６はバッテリ保護システム２０においては任意選択的なものであることが理解されるべきである。本発明の別の実施形態では、ヒステリシス比較器５４の出力およびバッテリ監視回路４０の出力４８はＦＥＴ３１のゲート電極に直接結合される。バッテリパック１５を充電するプロセスの間にＦＥＴ３１がオンおよびオフにスイッチングされる周波数はインダクタ３４のインダクタンスによって決定される。より大きなインダクタンスはＦＥＴ３１がより低い周波数でスイッチングできるようにするが、インダクタ３４のサイズ、重量およびコストを増大する。好ましくは、インダクタ３４のインダクタンスはほぼ１マイクロヘンリー（μＨ）とほぼ１００μＨの間の範囲にあるものとされる。インダクタ３４のインダクタンスの公称値はほぼ１０μＨである。バッテリ監視回路は４０は周期的にバッテリパック１５に関する安全監視動作を行なう。電圧検知入力４１，４２，４３，４４および４５によって、バッテリ監視回路４０はバッテリパック１５におけるバッテリセル１２，１４，１６および１８の各々の電圧を測定する。電流検知入力４６および４７によって、バッテリ監視回路４０は電流検知用抵抗３６にわたる電圧を測定することによりバッテリパック１５に流れる電流を測定する。これらの測定に基づき、バッテリ監視回路４０における制御論理回路５０がバッテリパック１５がその安全動作領域内で動作することを保証するための適切な動作を行なう。前記安全動作領域はバッテリパック１５におけるバッテリセル１２，１４，１６および１８の各々にわたる電圧に対する上限および下限を含む。それはまたバッテリパック１５を通って流れる充電および放電電流の上限を含む。もしいずれかの安全動作限界が超過すれば、制御論理回路５０は対応するパラメータがそれらの限界内になるよう調整するかあるいは対応するパラメータがそれらの安全動作限界を超えるようにさせた状態を終了させる。例えば、もし過電圧状態が検出されれば、制御論理回路５０はＦＥＴ３１をオフにスイッチングしかつ、もし必要であれば、バッテリパック１５に関してバッテリセルの平衡化動作またはバランス動作（ｂａｌａｎｃｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ）を行なう。もし過小電圧（ｕｎｄｅｒ−ｖｏｌｔａｇｅ）状態が検出されれば、ＦＥＴ３２はオフにスイッチングされ、かつバッテリ保護システム２０は極度に低い電力消費によって特徴付けられる冬眠状態（ｈｉｂｅｒｎａｔｉｏｎｓｔａｔｅ）に入る。バッテリ保護システム２０は正電圧端子２２へ流れる電流が検出された場合に目覚め、すなわち、冬眠状態を去りかつその通常動作状態に戻る。もし過電流状態が検出されれば、制御論理回路５０はＦＥＴ３１またはＦＥＴ３２をオフにスイッチングし過電流状態を終了させる。もし前記過電流がバッテリパック１５において正バッテリ電極２６から負バッテリ電極２８の方向に流れていればＦＥＴ３１がオフにスイッチングされ、かつもしバッテリパック１５において過電流が負バッテリ電極２８から正バッテリ電極２６の方向に流れていればＦＥＴ３２がオフにスイッチングされることに注目すべきである。バッテリパック１５の安全動作を保証しかつ最大エネルギ効率を達成するために、バッテリ監視回路４０の制御論理回路５０は非常に正確に設計される。典型的には、制御論理回路５０の電圧変動は好ましくはほぼ１パーセント（％）より小さくされる。バッテリ監視回路４０は各々のバッテリセルの電圧およびバッテリパック１５に流れる電流を監視するものに限定されないことが理解されるべきである。本発明の別の実施形態では、バッテリ監視回路４０はまたバッテリパック１５の周囲温度を監視する。本発明のさらに別の実施形態では、バッテリ監視回路４０はバッテリパック１５におけるバッテリセルの数を検出する（図示しない）バッテリセル検出回路を含むことができる。バッテリ監視回路４０のようなバッテリ制御回路の動作は、同時係属の米国特許出願第０８／３９８，２５５号、代理人整理番号ＳＣ０９０７８Ｃ、発明の名称「バッテリ充電制御のための回路および方法（ＣＩＲＣＵＩＴＡＮＤＭＥＴＨＯＤＦＯＲＢＡＴＴＥＲＹＣＨＡＲＧＥＣＯＮＴＲＯＬ）」、トロイ・エル・ストックスタッド他、モトローラ・インコーポレイテッドに譲渡、に記載されている。米国特許出願第０８／３９８，２５５号は参照のためここに導入される。図２は、本発明に係わるバッテリを充電するためのプロセスのフローチャート６０を示す。一例として、該バッテリはバッテリ保護システム２０に結合されたバッテリパック１５として図１に示されたものである。図１のバッテリシステム１０におけるバッテリパック１５を充電するため、電源（図示せず）の正電圧端子および負電圧端子がバッテリシステム１０の、それぞれ、正電圧端子２２および負電圧端子２４に接続される。ＦＥＴ３１はそのゲート電極における論理ローの電圧レベルによってオンにスイッチングされる。充電電流が発生され（図２における参照数字６１）かつ電源（図示せず）の正電圧端子から導通しているＦＥＴ３１、ＦＥＴ３２、インダクタ３４、バッテリパック１５および電流検知用抵抗３６を通って電源（図示せず）の負電圧端子へと流れる。整流器３８は逆バイアスされかつ非導通である。インダクタ３４のため、前記充電電流はゼロから徐々に増大する。さらに、前記充電電流における電気的エネルギの一部は電磁エネルギに変換される。言い換えれば、前記充電電流を使用して電磁エネルギが発生され（図２の参照数字６２）かつインダクタ３４に蓄積される。前記充電電流は電流検知用抵抗３６にわたり電圧差を発生させる。比較器５２は電流検知用抵抗３６にわたる電圧差を検知する。その反転入力よりも高い電圧レベルがその非反転入力にあるため、比較器５２はその出力に論理ハイの電圧レベルを発生する。該論理ハイの電圧レベルはヒステリシス比較器５４のイネーブル端子に送られる。ヒステリシス比較器５４はイネーブルされかつその２つの入力の間の電圧差を検知し、それによってバッテリパック１５および電流検知用抵抗３６に流れる充電電流を検知する（図２の参照数字６３）。ヒステリシス比較器５４の２つの入力の間の電圧差はバッテリパック１５に流れる電流に比例する。バッテリパック１５を通って流れる充電電流が所定の電流値、例えば、ほぼ３アンペア（Ａ）より小さい場合は、ヒステリシス比較器５４の２つの入力の間の電圧差はヒステリシス比較器５４の第１のしきい値電圧値、例えば、３０ｍＶ、より小さい。ヒステリシス比較器５４はその出力に論理ローの電圧レベルを発生する。該論理ローの電圧レベルはＦＥＴドライバ５６を介してＦＥＴ３１のゲート電極に伝送される。ＦＥＴ３１は導通状態にとどまり、かつ充電電流はバッテリパック１５を通って流れ続ける。充電電流が所定の電流値、例えば、ほぼ３Ａ、を超えて上昇した時、ヒステリシス比較器５４の非反転入力の電圧レベルはヒステリシス比較器５４の反転入力の電圧より高くなりかつ前記電圧差は前記第１のしきい値電圧値、例えば、ほぼ３０ｍＶ、より大きくなる。ヒステリシス比較器５４はその出力に論理ハイの電圧レベルを発生する。ＦＥＴドライバ５６はその論理ハイの電圧レベルをＦＥＴ３１のゲート電極に伝送し、該ＦＥＴ３１はオフにスイッチングされて充電電流が電源（図示せず）からバッテリパック１５に流れるのを停止する（図２の参照数字６４）。ＦＥＴ３１がオフにスイッチングされかつ充電電流が中断されたことに応じて、インダクタ３４に蓄積された電磁エネルギが開放されてバッテリパック１５、電流検知用抵抗３６および順方向バイアスされた整流器３８を通って流れる過渡電流を発生する（図２の参照数字６５）。ヒステリシス比較器５４はその２つの入力の間の電圧差を検知し続けかつ、従って、バッテリパック１５に流れる過渡電流を検知する（図２の参照数字６６）。該過渡電流が他の所定の電流値、例えば、実質的にゼロに等しい電流値、へと低下した時、ヒステリシス比較器５４の２つの入力の間の電圧差は、ヒステリシス比較器５４の第２のしきい値電圧より低い、対応する電圧値、例えば、実質的にゼロに等しい電圧値、へと低下する。ヒステリシス比較器５４の出力の電圧レベルは論理ローの電圧レベルへと戻される。該論理ローの電圧レベルはＦＥＴドライバ５６を介してＦＥＴ３１のゲート電極へと伝送され、それによってＦＥＴ３１をオンにスイッチングしかつ導通しているＦＥＴ３１を介して電源（図示せず）からバッテリパック１５へと流れる充電電流を再発生する（図２の参照数字６７）。次に、インダクタ３４は前記充電電流を使用して電磁エネルギを発生するステップを繰り返し（図２の参照数字６２）、かつヒステリシス比較器５４はバッテリパック１５に流れる充電電流を検知するステップを繰り返す（図２の参照数字６３）。前に述べたように、充電プロセスの間にバッテリパック１５に流れる電流はＦＥＴ３１、インダクタ３４およびヒステリシス比較器５４によって変調されたパルス化された（ｐｕｌｓｅｄ）電流である。充電電流が中断されかつ再発生される周波数はインダクタ３４のインダクタンス、正電圧端子２２および負電圧端子２４に結合された電源（図示せず）によって供給される充電電圧、バッテリパック１５の電圧、およびヒステリシス比較器５４がその出力電圧レベルを切り換える前記しきい値電圧に依存する。一般に、小さなインダクタンスおよび／または前記充電電圧とバッテリパック１５の電圧との間の大きな電圧差は結果として充電電流が中断されかつ再発生される高い周波数を生じることになる。典型的には、該周波数はほぼ５０キロヘルツとほぼ２００キロヘルツの間である。公称周波数はほぼ１００キロヘルツである。充電プロセスの間に、バッテリ監視回路４０の制御論理回路５０は周期的に論理ハイの電圧レベルを出力４８に発生する。出力４８における該論理ハイの電圧レベルはＦＥＴドライバ５６を介してＦＥＴ３１のゲート電極に伝送されかつＦＥＴ３１をオフにスイッチングし、それによってバッテリパック１５に流れる充電電流を中断する。好ましくは、ＦＥＴ３１はバッテリパック１５に流れる過渡電流が実質的にゼロに低減するのに十分長い時間インターバルの間非導通にとどまっている。バッテリ監視回路４０は次にバッテリパック１５におけるバッテリセル１２，１４，１６および１８の各々の間の電圧を検知する（図２の参照数字６８）。バッテリパック１５に流れる電流は実質的にゼロであるから、バッテリ監視回路４０によって検知されるバッテリセル１２，１４，１６および１８の各々の電圧はそれぞれのバッテリセルのオープン回路電圧に実質的に等しい。バッテリセル１２，１４，１６および１８の各々の検知された電圧は制御論理回路５０において基準電圧と比較される（図２の参照数字６９）。好ましくは、該基準電圧はバッテリセル１２，１４，１６および１８の各々の完全に充電された電圧に等しくされる。もしバッテリセル１２，１４，１６および１８の各々の前記検知された電圧が前記基準電圧より低ければ、制御論理回路５０は出力４８に論理ローの電圧レベルを発生する。該論理ローの電圧レベルはＦＥＴドライバ５６を介してＦＥＴ３１のゲート電極に伝送される。ＦＥＴ３１はオンにスイッチングされ、かつ充電電流を発生し、電磁エネルギを発生し、充電電流を検知し、かつバッテリセル１２，１４，１６および１８の各々の間の電圧を検知するステップ（それぞれ、図２の参照数字６１，６２，６３および６８）が反復される。もしバッテリパック１５のあるバッテリセルの検知された電圧が実質的に前記基準電圧に等しいかあるいはそれより高い場合は、バッテリ監視回路４０の出力４８における電圧レベルは論理ハイの電圧レベルにとどまっている。ＦＥＴ３１はオフにラッチされ（ｌａｔｃｈｅｄｏｆｆ）かつ充電プロセスは終了する（図２の参照数字７０）。もし必要であれば、バッテリ監視回路４０は最も高い電圧を有するバッテリセルを放電することによってバッテリパック１５に関するバッテリセルのバランス動作を行なう。バッテリセルのバランス動作の後に、バッテリ監視回路４０はバッテリパック１５のバッテリセル１２，１４，１６および１８の各々の電圧が制御論理回路５０の基準電圧より低ければＦＥＴ３１をオンにスイッチングすることによって充電プロセスを再開することができる。充電プロセスの間にバッテリ監視回路４０がＦＥＴ３１をオフにしかつバッテリパック１５におけるバッテリセル１２，１４，１６および１８の各々にわたる電圧を検知する周波数または頻度は制御論理回路５０におけるタイマ（図示せず）によって決定される。該タイマはまたＦＥＴ３１がバッテリ監視回路４０によってオフにスイッチングされる度毎にＦＥＴ３１がどれだけ長く非導通にとどまっているかを決定する。一例として、バッテリ監視回路４０は充電プロセスの間にほぼ１秒の時間周期に一度ＦＥＴ３１をオフにスイッチングする。さらに、ＦＥＴ３１はそれがバッテリ監視回路４０によってオフにスイッチングされる度毎にほぼ２０ミリセカンド（ｍｓ）の時間インターバルの間非導通にとどまっている。しかしながら、ＦＥＴ３１がバッテリ監視回路４０によって充電プロセスの間にオフにスイッチングされる周波数および時間インターバルはこれらの値に限定されないことが理解されるべきである。本発明の別の実施形態では、ＦＥＴ３１はバッテリ監視回路４０によってバッテリシステムを充電するプロセスの間に一度１０ミリセカンド、１５ミリセカンドまたは２５ミリセカンドの時間インターバルの間、０．５秒、１．５秒または２秒の周期で、オフにスイッチングすることができる。ＦＥＴ３１をより高い周波数でかつより長い時間インターバルの間オフにスイッチングすることにより、バッテリセル１２，１４，１６および１８の各々の電圧はより緊密にかつ正確に監視することができ、バッテリパック１５が安全動作領域で動作することを保証する。しかしながら、充電プロセスは時間効率が低くなるであろう。したがって、ＦＥＴ３１、インダクタ３４、電流検知用抵抗３６、整流器３８、バッテリ監視回路４０、比較器５２、ヒステリシス比較器５４、およびＦＥＴドライバ５６はバッテリシステム１０においてバッテリパック１５を充電するプロセスの間にバッテリパック１５に流れる充電電流を制御するために協働する。言い換えれば、バッテリ監視回路４０の制御論理回路５０は充電プロセスを制御すると共にバッテリパック１５を保護するよう作用する。したがって、極めて正確な充電制御回路を含む専用のリチウムバッテリの充電器の必要性が除去される。バッテリシステム１０はバッテリパック１５を充電するために安定化されていない（ｕｎｒｅｇｕｌａｔｅｄ）電源に結合することができる。言い換えれば、従来技術の充電プロセスにおいて必要とされた、一方はバッテリ保護システムにおいてかつ他方は専用のリチウムバッテリ充電器において、２つの正確な制御回路を持つ冗長性が除去される。バッテリ保護システム２０に結合されかつバッテリシステム１０にパッケージングされたリチウムイオンバッテリパックを使用するコストは従来技術のバッテリ保護システムに結合されたリチウムイオンバッテリパックを使用するコストと比較して大幅に低減される。さらに、充電プロセスの間にバッテリパック１５に流れる電流はパルス電流である。バッテリパック１５に流れる平均の充電電流は従来技術の定電流／定電圧充電プロセスにおける平均の充電電流より大きい。したがって、本発明に係わるバッテリシステム１０を充電するプロセスは従来技術の定電流／定電圧充電プロセスよりも時間効率が良い。以上から、バッテリ保護システムおよびバッテリを充電するためのプロセスまたは方法が提供されたことが理解されるべきである。本発明によれば、バッテリ保護システムにおける正確な制御回路がバッテリ充電プロセスを制御しかつバッテリパックを保護し、それによって専用のバッテリ充電器の必要性を除去する。バッテリは、低価格であり、広く入手可能であり、かつ使用するのが容易な、安定化されていない電源を使用して充電できる。したがって、本発明に従ってバッテリを充電することは簡便でありかつコスト効率が良い。さらに、本発明の充電プロセスは従来技術の定電流／定電圧充電プロセスよりも時間効率が良い。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Battery protection system Background of the Invention The present invention In general, Regarding the battery system, And more specifically recharge Monitoring and protecting possible batteries. Lithium-ion batteries are nickel-cadmi um) battery and nickel metal hydride e) portable electronic devices rather than other types of rechargeable batteries such as batteries Preferred for use for It is their light weight and high energy density For. However, Lithium-ion batteries are very resistant to overcharging Sensitive and And safety is a major concern in their use. For example, Re The safety concern with the lithium-ion battery is that when it is overcharged, Can plate on one of the electrodes in the battery cell It is. Lithium builds up causing fire hazard due to the flammability of metallic lithium. You. Another safety concern is when the battery cell temperature gets too high. Release of harmful gas. further, In the state of overdischarge, Lithium Voltage across on-battery cells is at lower voltage limit Lower than the under-voltage limit, Battery cell Results in a change in the chemical composition of the electrolyte. for that reason, Battery cell life May be significantly reduced. Therefore, Lithium-ion battery accurate Battery protection system to monitor and ensure that they operate within the safe operating area It is important to have a stem. Traditionally, Charging a lithium-ion battery requires a dedicated lithium battery. Requires recharger. The voltage of the charged lithium-ion battery is Fully charged voltage of the battery If it is much lower, The dedicated lithium battery charger operates in constant current mode And charge the battery with a constant charging current. The battery voltage is If it is close to the fully charged voltage, The dedicated lithium battery charger has a constant voltage Switch to mode. Under constant voltage mode, The charging current flowing to the battery is Exponentially decreasing as the terry voltage approaches the fully charged voltage, It To prevent the battery from being overcharged. The dedicated lithium battery When the dedicated lithium battery charger changes from constant current mode to constant voltage mode, Switch to How much charge current is in the battery during constant voltage mode Is flowing, And a charge control circuit for determining that the battery has been fully charged. Contains. Batte To charge the battery to its maximum capacity and effectively prevent overcharging, The charge control The circuit is designed to be very accurate. Typically, Voltage of the charge control circuit Fluctuations are made less than 1 percent (%). Highly accurate charge control circuitry adds cost to the dedicated lithium battery charger Increased in width and Therefore, Increase the cost of using lithium-ion batteries You. further, In the constant voltage mode, the charging current flowing into the battery is Since the pressure drops exponentially as it approaches a fully charged voltage, charging The process is not time efficient. For example, Lithium batteries typically last 1-2 hours Charged to 80% of its capacity during constant current mode operation at time intervals . next, The dedicated lithium battery charger switches to constant voltage mode and It takes at least three more hours to charge a lithium battery to its maximum capacity. I need it. Therefore, Battery protection system and process for charging a battery It would be advantageous to have The system and the charging process are cost effective Is desirable. Also, The charging process is convenient and time efficient. Is desirable. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. Block diagram of a battery system according to the present invention And And FIG. Flow chart showing a process for charging a battery according to the present invention It is. Detailed description of the drawings In general, The present invention provides a battery protection system and a process for charging a battery. Provide a process or method. According to the present invention, The battery protection system is Precise control circuitry to control battery charging process and protect battery Including. Therefore, The present invention eliminates the need for a dedicated battery charger and Follow hand, Reduce the cost of using batteries. further, The charging process of the present invention is It is time efficient compared to the prior art constant current / constant voltage charging process. FIG. FIG. 1 is a block diagram of a battery system 10 according to the present invention. Battery System 10 comprises four series-connected rechargeable lithium-ion battery cells 12, 14, A battery pack 15 comprising 16 and 18 is included. Therefore, Battery system 10 is also referred to as a rechargeable battery system, And bag Teripack 15 is also referred to as a rechargeable battery pack. Battery system The system 10 also monitors the battery pack 15 and takes appropriate action to Battery protection system 2 ensuring that the power supply 15 operates within its safe operating area. Contains 0. Batte The re-protection system 20 has a positive voltage terminal 22 and a negative voltage terminal 24, These are Act as positive and negative voltage terminals of the battery system 10, respectively. Battery protection Protection system 20 also has a positive battery electrode 26 and a negative battery electrode 28, This These are connected to the positive and negative voltage terminals of the battery pack 15, respectively. . Preferably, The battery system 10 is an integrated battery package, Or Battery pack 15 and battery protection system 20 are an integrated battery Assembled in a package. Battery protection system 20 includes a p-channel insulated gate field effect transistor (F ETs) 31 and 32, Inductor 34, Current detection resistor 36, Zener die It includes a rectifier 38 including an ode 37 and a Schottky diode 39. Zenada The anode of the anode 37 and the anode of the Schottky diode 39 are connected together. Subsequently, an anode electrode of the rectifier 38 is formed. Cathode of Zener diode 37 The cathode of the diode and the Schottky diode 39 are connected together to form a rectifier 38. Is formed. FET 31 is a positive voltage terminal of the battery protection system 20. A source electrode connected to the element 22; And the drain electrode of the FET 32 It has a drain electrode. The inductor 34 is connected to the source electrode of the FET 32 and a rectifier. A first electrode connected to the cathode electrode of 38; And battery protection system 20 Has a second electrode connected to the positive voltage battery electrode 26. Current The detection resistor 36 is connected to the negative voltage battery electrode 28 of the battery protection system 20. A first electrode, And battery protection system at the anode of rectifier 38 It has a second electrode connected to 20 negative voltage terminals 24. The battery protection system 20 also includes a voltage sensing input 41, 42, 43, 44 and And 45, Current sensing inputs 46 and 47, And outputs and 48 and 49 The battery monitoring circuit 40 includes The voltage detection input 41 is a positive Connected to electrodes. The voltage detection input 42 is connected to the negative electrode of the battery cell 12 and It is connected to the positive electrode of the battery cell 14. The voltage detection input 43 is Connected to the negative electrode of the cell 14 and to the positive electrode of the battery cell 16. For voltage detection Input 44 is connected to the negative electrode of battery cell 16 and to the positive electrode of battery cell 18. Have been. The voltage detection input 45 is connected to the negative electrode of the battery cell 18. The current detection inputs 46 and 47 are the first and second current detection resistors 36, respectively. Are connected to the electrodes. Output 49 is connected to the gate electrode of FET 32 . The battery protection system 20 further includes a comparator 52, Hysteresis comparator 54, You And an FET driver 56. Each of the comparators 52 is connected to the It has a non-inverting input and an inverting input connected to the first and second electrodes. Hysteria The cis comparator 54 is connected to the first and second electrodes of the current detecting resistor 36, respectively. Connected non-inverting input and It has an inverting input. The output of the comparator 52 is the enable terminal of the hysteresis comparator 54. Connected to child. The output of the hysteresis comparator 54 is 1 input. The second input of the FET driver 56 is a battery monitoring circuit. It is connected to the output 48 of the path 40. The output of the FET driver 56 is It is connected to the gate electrode. FIG. 1 shows a battery pack 15 having four battery cells, this It should be understood that they do not limit the invention. According to the present invention, The battery pack 15 One, Two, Three, Five, Six, Like others, Any Of battery cells. Preferably, Of the battery monitoring circuit 40 The number of voltage detection inputs can measure the voltage of each battery cell of the battery pack 15. It is assumed that. Also, Battery cell 12, 14, 16 and 18 are lithium ion It should also be understood that it is not limited to being an on-battery cell. It Are For example, Nickel-cadmium battery cells, Nickel metal hydride battery cell , Other types of battery cells, such as others, can be substituted. In the battery protection system 20, FETs 31 and 32 are overcharged respectively. Flowing through the battery pack 15 when an electrical and overdischarge condition occurs, Each And Acts as a switch to interrupt or stop charging and discharging current To use. Because of their body diodes, FET 31 interrupts charging current only when switched off and FET 32 is off. The discharge current is interrupted only when the switching is performed. The charging current is Current flowing from the positive voltage terminal to the negative voltage terminal through the loop 15. Release The electric current flows from the negative voltage terminal to the positive voltage terminal through the battery pack 15. Current. FETs 31 and 32 are limited to insulated gate FETs It should be understood that this is not the case. Has control electrode and two current conducting electrodes Replace any switching device with FET31 or FET32. Can be. As those skilled in the art will appreciate, If the FET acts as a switch, The gate electrode of the FET functions as a control electrode of the switch, And the source of the FET The source and drain electrodes function as current conducting electrodes of the switch. Also, The battery protection system 20 protects the battery pack 15 by: F Like ET31 and 32, High side switch or high voltage side switch (hig h side switches). Should be. In another embodiment, Each of the battery protection systems 20 Flowing through the battery pack 15 when an electrical and overdischarge condition occurs, It Each, Current sensing resistor 36 to interrupt charge and discharge currents And two low-side switches (not shown) coupled between Include low side switches. Other practices In the form, The battery protection system 20 has an overcharge and overdischarge condition, respectively. To prevent the charging current flowing through the battery pack 15 when FET Like 31, High-side switch and current sensing resistor to block discharge current A low side switch (not shown) coupled between anti-36 and negative voltage terminal 24 Can be included. In yet another embodiment, Battery protection system 20 Flow through battery pack 15 when overdischarge and overcharge conditions occur, respectively To stop the discharge current, Like FET32, High side switch and charging Coupled between a current sensing resistor 36 for blocking current and the negative voltage terminal 24 A low side switch (not shown) may be included. Preferably, FET31 Or like FET32, High voltage side switch uses p-channel insulated gate FET Including And the low-side switch includes an n-channel insulated gate FET. A current sensing resistor 36 is provided between the two electrodes when current flows therethrough. Generates voltage. It is another type of current sensing element, For example, filament , Can be replaced by others. When the battery system 10 is connected to the terminals 22 and To supply energy to a load (not shown) coupled between To minimize losses, Electric The flow sensing resistor 36 is preferably a small resistor, For example, Less than almost 1 ohm (Ω) It has a resistance. In a preferred embodiment of the present invention, Current detection resistor The resistance of the anti-36 is approximately 10 milliohms (mΩ). In the rectifier 38, Zener diode 37 is located in battery pack 15 If a large discharge current flowing through is blocked, a large transient voltage drop To prevent it from spreading And the Schottky diode 39 has a forward bias Provide a low resistance conduction path in some cases, and Therefore, Minimize power consumption of rectifier 38 I do. Preferably, Zener diode 37 fully charges battery pack 15 Has a breakdown voltage greater than the applied voltage. Rectifier 38 may be another type of alignment. It should be understood that these can be replaced by flow devices and circuit elements. You. For example, Rectifier 38 is greater than the fully charged voltage of battery pack 15 A single diode with a high breakdown voltage. The comparator 52 operates only when charging current is flowing through the battery pack 15. Turn on the steeresis comparator 54 and enable the charge control circuit. Bag If there is a discharge current flowing through the teripack 15 or the battery pack If 15 is idle, Comparator 52 provides a logic low voltage level at its output. Live. The logic low voltage level is applied to the enable terminal of the hysteresis comparator 54. Sent to And turn off the hysteresis comparator 54, The charge control circuit Disable and minimize current consumption of the battery system 10. Comparator 5 2 is Preferred, but It should be understood that this is an optional feature of the present invention. It is. The hysteresis comparator 54 sets a certain upper limit of the charging current flowing through the battery pack 15. When it exceeds, the FET driver 56 switches the FET 31 off. Hysterical The lysis comparator 54 detects the voltage drop in the current detecting resistor 36 to The charging current flowing through the battery pack 15 is detected. As I mentioned before, Current detection The use resistor 36 preferably has a small resistance value. Therefore, Hysteresis The comparator 54 has a small input signal at the input of the hysteresis comparator 54, For example , In response to an input signal having a voltage on the order of 10 millivolts (mV), the FET Preferably, the FET 31 can be switched off via the driver 56. Sa In addition, Hysteresis comparator 54 can include a temperature compensation circuit (not shown), As a result, the charging current is stable against temperature changes in the battery system 10. A fixed upper limit can be provided. The FET driver 56 is connected to the battery monitoring circuit 40 and the hysteresis comparator 54. Turns on the FET 31 in response to signals transmitted to the two inputs of the FET driver 56 And acts as a buffer that switches off. Preferably, The FET driver 56 is For example, Nearly 100 kilohertz (kHz) or less The FET 31 can be switched on and off at the high frequency as described above. You. FET driver 56 is optional in battery protection system 20. It should be understood that In another embodiment of the present invention, Hysteresis The output of the comparator 54 and the output 48 of the battery monitoring circuit 40 are Directly to the electrode. FET during the process of charging the battery pack 15 The frequency at which 31 is switched on and off depends on the inductance of inductor 34. Determined by the stance. Higher inductance is lower for FET31 To be able to switch by frequency, The size of the inductor 34, Weight and Increase costs and costs. Preferably, The inductance of the inductor 34 is approximately one unit. It is assumed to be in the range between iclohenry (μH) and approximately 100 μH. Inn The nominal value of the inductance of the inductor 34 is approximately 10 μH. The battery monitoring circuit 40 periodically performs a safety monitoring operation on the battery pack 15. Perform Voltage detection input 41, 42, 43, By 44 and 45, Battery The monitoring circuit 40 is connected to the battery cells 12 in the battery pack 15, 14, 16 and And 18 are measured. With current sense inputs 46 and 47, Batte The re-monitoring circuit 40 measures the battery voltage by measuring the voltage across the current detecting resistor 36. Ripper The current flowing through the block 15 is measured. Based on these measurements, Battery monitoring circuit 40 Control logic circuit 50 operates when the battery pack 15 operates within its safe operating area. Take appropriate action to ensure that The safe operation area is defined by the battery cells 12 in the battery pack 15, 14, 1 Includes upper and lower limits for voltages across each of 6 and 18. It is also Includes upper limits for charge and discharge currents flowing through battery pack 15. If any If the safe operating limit is exceeded, The control logic circuit 50 determines that the corresponding parameter is Adjust them within these limits or adjust the corresponding parameters to their safe operating Terminate the state of exceeding the cropping limit. For example, If overvoltage condition is detected If done, The control logic circuit 50 switches off the FET 31 and If necessary If necessary, With respect to the battery pack 15, the balancing operation or the Performing balancing operations. If underpower If an under-voltage condition is detected, FET 32 is turned off. It is switched, And the battery protection system 20 has extremely low power consumption Enter a characterized hibernation state. Bag The battery protection system 20 wakes up when a current flowing to the positive voltage terminal 22 is detected. , That is, Leaves hibernation and returns to its normal operating state. If an overcurrent condition is detected If issued, The control logic circuit 50 is FE T31 or FET32 is switched off to end the overcurrent state. if In the battery pack 15, the overcurrent flows from the positive battery electrode 26 to the negative battery If it is flowing in the direction of the pole 28, the FET 31 is switched off, Katsumoshiba In the battery pack 15, the overcurrent is changed from the negative battery electrode 28 to the positive battery electrode 26. Note that FET32 will be switched off if flowing in the direction of It is. Ensure safe operation of battery pack 15 and achieve maximum energy efficiency In order to The control logic 50 of the battery monitoring circuit 40 is designed very accurately . Typically, Voltage fluctuations in control logic circuit 50 are preferably approximately one percent (% ) Is made smaller. The battery monitoring circuit 40 determines the voltage of each battery cell and the battery pack 15 It should be understood that the present invention is not limited to monitoring the current flowing through the device. Departure In another embodiment of the invention, The battery monitoring circuit 40 is also provided around the battery pack 15. Monitor temperature. In yet another embodiment of the present invention, The battery monitoring circuit 40 A battery (not shown) for detecting the number of battery cells in the battery pack 15 A cell detection circuit can be included. Battery control like battery monitoring circuit 40 The operation of the circuit is Co-pending US patent application Ser. No. 08/398, 255, Agent arrangement Number SC09078C, Patent application title: Circuits and Methods for Battery Charge Control (CIRCUIT AND METHOD FOR BATTERY CHARGE CONTROL) " Troy El Stock Stud and others, Transferred to Motorola Incorporated, It is described in. Rice National Patent Application No. 08/398, No. 255 is incorporated herein by reference. FIG. Flow chart of a process for charging a battery according to the present invention 60 is shown. As an example, The battery is coupled to a battery protection system 20 The battery pack 15 is shown in FIG. In order to charge the battery pack 15 in the battery system 10 of FIG. Electric The positive and negative voltage terminals of a source (not shown) are It Each, Connected to positive voltage terminal 22 and negative voltage terminal 24. FET 31 is It is switched on by a logic low voltage level at the gate electrode. Filling A current is generated (reference numeral 61 in FIG. 2) and a positive voltage of a power source (not shown) FET 31 conducting from the terminal, FET32, Inductor 34, Battery pack To the negative voltage terminal of the power supply (not shown) It is. Rectifier 38 is reverse biased and non-conductive. Because of the inductor 34, The charging current gradually increases from zero. further, Electrical in the charging current Some of the energy is converted to electromagnetic energy. In other words, Using the charging current Electromagnetic energy is generated (reference numeral 62 in FIG. 2) and stored in inductor 34. Be stacked. The charging current generates a voltage difference across the current detection resistor 36. Comparator 52 Detects the voltage difference across the current detection resistor 36. Voltage higher than its inverting input Because the level is at its non-inverting input, Comparator 52 has a logic high voltage level at its output. Generate a bell. The logic high voltage level enables the hysteresis comparator 54. To the terminal. The hysteresis comparator 54 is enabled and its two inputs Detect the voltage difference between the forces, As a result, the battery pack 15 and the current detecting resistor The charging current flowing through the resistor 36 is detected (reference numeral 63 in FIG. 2). The voltage difference between the two inputs of the hysteresis comparator 54 flows to the battery pack 15. Proportional to the current flowing. The charging current flowing through the battery pack 15 is a predetermined current value, For example, If it is less than approximately 3 amps (A), Hysteresis comparator 54 Is the first threshold voltage value of the hysteresis comparator 54, For example, 30mV, Less than. Hysteresis comparator 54 has a logic low on its output. Generates a voltage level of The logic low voltage level is passed through FET driver 56. And transmitted to the gate electrode of the FET 31. FET 31 remains conductive, Or The charging current continues to flow through the battery pack 15. The charging current is the specified current value , For example, Almost 3A, When it rises above Non-inverting input of hysteresis comparator 54 The voltage level of the force is higher than the voltage at the inverting input of the hysteresis comparator 54 and The voltage difference is The first threshold voltage value; For example, Almost 30mV, Be larger. Hysteria The cis comparator 54 produces a logic high voltage level at its output. FET driver 56 transmits the logic high voltage level to the gate electrode of FET 31; The FET 31 is switched off and charging current is supplied from a power supply (not shown) to the battery pack. (15) (reference numeral 64 in FIG. 2). In response to FET 31 being switched off and the charging current being interrupted , The electromagnetic energy stored in the inductor 34 is released and the battery pack 15 Transient flowing through current sensing resistor 36 and forward biased rectifier 38 Generate a current (reference numeral 65 in FIG. 2). The hysteresis comparator 54 has two Continue to detect the voltage difference between the inputs, and Therefore, Transient flowing to battery pack 15 A current is detected (reference numeral 66 in FIG. 2). The transient current is another predetermined current value, example If A current value substantially equal to zero, When it drops to Of the hysteresis comparator 54 The voltage difference between the two inputs is From the second threshold voltage of the hysteresis comparator 54 Low, The corresponding voltage value, For example, A voltage value substantially equal to zero, To fall. The voltage level at the output of hysteresis comparator 54 is returned to a logic low voltage level. You. The logic low voltage level is applied to the gate of FET 31 via FET driver 56. Transmitted to the electrodes, Thereby switching FET 31 on and conducting. Via FET 31 To regenerate the charging current flowing from the power supply (not shown) to the battery pack 15 (Reference numeral 67 in FIG. 2). next, The inductor 34 uses the charging current to Repeating the step of generating energy (reference numeral 62 in FIG. 2); And hysterical The cis comparator 54 repeats the step of detecting the charging current flowing through the battery pack 15. (Reference numeral 63 in FIG. 2). As I mentioned before, The current flowing through the battery pack 15 during the charging process is F ET31, The path modulated by the inductor 34 and the hysteresis comparator 54 This is a pulsed current. The charging current is interrupted and regenerated Is the inductance of the inductor 34, Positive voltage terminal 22 and negative voltage terminal A charging voltage provided by a power supply (not shown) coupled to 24; Battery pack 15 voltage, And hysteresis comparator 54 switches its output voltage level. Depending on the threshold voltage. In general, Small inductance and / or A large voltage difference between the charging voltage and the voltage of the battery pack 15 results in a full charge. The current will be interrupted and result in high frequencies that are regenerated. Typically , The frequency is between approximately 50 kHz and approximately 200 kHz. Nominal frequency The number is almost 100 kilohertz. During the charging process, The control logic circuit 50 of the battery monitoring circuit 40 periodically High voltage level is output at output 48 Live. The logic high voltage level at output 48 is output via FET driver 56. Is transferred to the gate electrode of the FET 31 and the FET 31 is turned off, Thereby, the charging current flowing to the battery pack 15 is interrupted. Preferably, F ET31 reduces the transient current flowing through the battery pack 15 to substantially zero. It remains non-conductive for a sufficiently long time interval. Battery monitoring circuit 40 Are the battery cells 12 in the battery pack 15, 14, 16 and 18 The voltage between each is sensed (68 in FIG. 2). Flow to battery pack 15 Current is substantially zero, The battery detected by the battery monitoring circuit 40 Ttetellis 12, 14, The voltage of each of 16 and 18 is the respective battery cell Is substantially equal to the open circuit voltage of Battery cell 12, 14, 16 and 1 8 is compared to a reference voltage in control logic 50 ( Reference numeral 69 in FIG. 2). Preferably, The reference voltage is the battery cell 12, 14, 1 6 and 18 are each equal to the fully charged voltage. If the battery cell 12, 14, The detected voltage of each of 16 and 18 is If lower than the reference voltage, Control logic 50 provides a logic low voltage level at output 48. Generate The logic low voltage level is applied to FET3 via FET driver 56. The signal is transmitted to one gate electrode. FET 31 is switched on, And charge Generate current, Electromagnetic energy Causes Detects charging current, And the battery cell 12, 14, 16 and 18 Detecting the voltage between each (each, Reference numeral 61 in FIG. 62, 6 3 and 68) are repeated. If the detected voltage of a certain battery cell of the battery pack 15 is substantially If it is equal to or higher than the reference voltage, Output of battery monitoring circuit 40 The voltage level at 48 remains at the logic high voltage level. FET31 Is latched off and the charging process ends ( Reference numeral 70 in FIG. 2). If necessary, The battery monitoring circuit 40 The battery associated with the battery pack 15 is discharged by discharging the battery cell having the pressure. The battery cell is balanced. After the battery cell balance operation, Bag The battery monitoring circuit 40 includes the battery cells 12 of the battery pack 15, 14, 16 and If the voltage of each of the 18 is lower than the reference voltage of the control logic circuit 50, the FET 31 turns on. The charging process can be restarted by switching to. During the charging process, the battery monitoring circuit 40 turns off the FET 31 and The battery cells 12 in the repack 15 14, Over each of 16 and 18 The frequency or frequency of detecting the voltage is determined by a timer (not shown) in the control logic circuit 50. ). The timer is also operated by the FET 31 by the battery monitoring circuit 40. Switching off Each time it is done, it determines how long FET 31 remains non-conductive. As an example, The battery monitoring circuit 40 has a time period of approximately one second during the charging process. The FET 31 is switched off once. further, FET31 is a battery Approximately 20 milliseconds each time it is switched off by the re-monitoring circuit 40 It remains non-conductive during the (ms) time interval. However, FE T31 is switched off by the battery monitoring circuit 40 during the charging process It is understood that the frequency and time intervals used are not limited to these values. Should be. In another embodiment of the present invention, FET 31 is a battery monitoring circuit 4 10 milliseconds once during the process of charging the battery system by 0, During a 15 or 25 millisecond time interval, 0. 5 seconds, 1. It can be switched off with a period of 5 or 2 seconds. FET3 Switching off one at a higher frequency and for a longer time interval Thus, the voltage of each of the battery cells 12, 14, 16, and 18 is more tightly adjusted. It can be monitored closely and accurately, and the battery pack 15 operates in the safe operation area. I guarantee you. However, the charging process will be less time efficient U. Therefore, the FET 31, the inductor 34, the current detecting resistor 36, the rectifier 38 , Battery monitoring circuit 40, comparator 52, hysteresis comparator 54, and FET Driver 56 During the process of charging the battery pack 15 in the battery system 10 They work together to control the charging current flowing to the battery pack 15. In other words , The control logic 50 of the battery monitoring circuit 40 controls the charging process and It acts to protect the battery pack 15. Therefore, extremely accurate charge control The need for a dedicated lithium battery charger including circuitry is eliminated. Battery Stem 10 is not stabilized to charge battery pack 15 (unr egulated) power supply. In other words, the prior art Required in the electricity process, one in the battery protection system and the other One is a dedicated lithium battery charger with redundancy with two accurate control circuits Is removed. Battery system 1 coupled to battery protection system 20 The cost of using a lithium-ion battery pack packaged in Use a lithium-ion battery pack coupled to a state-of-the-art battery protection system. Greatly reduced compared to the cost to use. In addition, during the charging process The current flowing through the repack 15 is a pulse current. Flat flowing through battery pack 15 The average charging current is the average charging current in the prior art constant current / constant voltage charging process. Greater than. Therefore, a professional charging system for the battery system 10 according to the present invention. The process is more time efficient than prior art constant current / constant voltage charging processes. From the above, the battery protection system and the process for charging the battery It should be understood that a method or method has been provided. According to the present invention, a battery Accurate control circuitry in the protection system controls the battery charging process and Protects the Terripack, thereby eliminating the need for a dedicated battery charger. Batteries are cheap, widely available, and easy to use. Can be charged using an undefined power supply. Therefore, according to the present invention, Charging the battery is simple and cost effective. Furthermore, the charging of the present invention The process is more time efficient than prior art constant current / constant voltage charging processes.

Claims

[Claims] 1. A first terminal, a second terminal, a first battery electrode, and a second battery electrode. A battery protection system having a pole, A control electrode, a first electrode coupled to the first terminal of the battery protection system; A current conducting electrode, and a second current conducting electrode; A first electrode coupled to the second current conducting electrode of the first switch; and A second electrode coupled to the first battery electrode of the battery protection system; An inductor having A first electrode coupled to the second battery electrode of the battery protection system And a second electrode coupled to the second terminal of the battery protection system. Resistance Before a first electrode coupled to the second electrode of the resistor and the inductor; A rectifier having a second electrode coupled to the first electrode; A first input coupled to the first electrode of the resistor, a second input of the resistor; A second input coupled to a pole, and coupled to the control electrode of the first switch; A first comparator having a modified output, and A battery monitoring circuit having a plurality of inputs and a first output, wherein The first of the inputs is the And a second input of the plurality of inputs is coupled to the resistor And the first output is connected to the first switch before the first switch. Coupled to the control electrode, A battery protection system comprising: 2. 2. The battery according to claim 1, wherein said first comparator is a hysteresis comparator. Re-protection system. 3. The first comparator further includes an enable terminal, and the battery protection The system further includes a first input coupled to the first electrode of the resistor, the resistor A second input coupled to the second electrode of the first comparator; and a second input of the first comparator. 2. The apparatus of claim 1, further comprising a second comparator having an output coupled to the cable terminal. Battery protection system. 4. The first electrode of the inductor is connected to the first switch via a second switch. Coupled to the second current conducting electrode of the switch, wherein the second switch is a control electrode; A first current conducting electrode coupled to the first electrode of the inductor; and A second current conducting electrode coupled to the second current conducting electrode of the first switch; And the battery monitoring circuit further connects to the control electrode of the second switch. The battery protection system of claim 1, comprising a combined second output. 5. A rechargeable battery system, A rechargeable battery having a first terminal and a second terminal. Teripack, A first electrode coupled to the first terminal of the rechargeable battery pack; And an inductor having a second electrode; Coupled to a gate electrode, a source electrode, and the second electrode of the inductor A first field effect transistor having a drain electrode, A first electrode coupled to the second terminal of the rechargeable battery pack; And a current sensing element having a second electrode, A first electrode coupled to the second electrode of the current sensing element; A rectifier having a second electrode coupled to the second electrode of the ductor; A first input coupled to the first electrode of the current sensing element, the current sensing; A second input coupled to the second electrode of the device and a hysteresis having an output. Cis comparator, A battery monitoring circuit having a plurality of inputs and a first output, wherein A first of the inputs is connected to the first terminal of the rechargeable battery pack. And a second of the plurality of inputs is the rechargeable battery pack. Coupled to the second terminal of the A first input coupled to the output of the hysteresis comparator, the battery monitor; Coupled to the first output of the viewing circuit A second input, coupled to the gate electrode of the first field effect transistor Transistor driver having a filtered output, A rechargeable battery system comprising: 6. The rechargeable battery system further includes the current sensing element. A first input coupled to a first electrode, coupled to the second electrode of the current sensing element; A comparator having a combined second input, and an output; The hysteresis comparator further includes an enable terminal coupled to an output of the comparator. The rechargeable battery system according to claim 5, comprising a child. 7. The rechargeable battery pack includes a plurality of rechargeable battery cells. See A first rechargeable battery cell of the plurality of rechargeable battery cells Is a first electrode and a first electrode coupled to the first terminal of the rechargeable battery pack. And a second of the plurality of inputs of the battery monitoring circuit coupled to a third one of the plurality of inputs. Having the electrodes of A second rechargeable battery cell of the plurality of rechargeable battery cells Is a first power supply coupled to the second electrode of the first rechargeable battery cell. And a second terminal coupled to the second terminal of the rechargeable battery pack The rechargeable battery system according to claim 5, comprising: 8. A process for charging a battery, Generating a first current flowing through the battery; Interrupting the first current in response to the first current being greater than a first current value Stage to do Passing a second current through the battery in response to the interruption of the first current Flowing stage, Re-starting the first current in response to the second current being smaller than a second current value Generating, wherein the second current value is smaller than the first current value; Detecting a voltage applied to the battery; and Generating the first current in response to the voltage being less than a voltage value Generating said electromagnetic energy, detecting said first current, and Repeating the step of detecting the voltage across the battery; A process for charging a battery, comprising: 9. The step of passing the second current further comprises the step of passing a negative voltage of the battery through a rectifier. Establishing a conduction path from a terminal to a positive voltage terminal of the battery. The process of claim 8. 10. Detecting the voltage applied to the battery further comprises: Interrupting the first current; and A plurality of series in the battery when the second current is substantially zero Some of the connected battery cells Detecting an open circuit voltage applied to the battery cell, 9. The process of claim 8, comprising: